طرح طراحی انتقال مکانیکی سه فاز برای قطع کننده گاز سولفور هگزافلورید با ولتاژ بالا نوع ظرفی ۲۵۲kV

چینی شبکه برق با ولتاژ بالا مدار سه فاز ۲۵۲kV نوع رزروار SF₆ برای طراحی و کاربرد پیوند مکانیکی سه فاز

در شبکه انتقال برق با ولتاژ بالا در چین، سیستم‌های انتقال برق سه فاز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند و تجهیزات برق با ولتاژ بالا نیز در قالب سه فاز تنظیم شده‌اند. بیشتر مدار قطع کننده‌های ۲۵۲kV نوع رزروار SF₆ موجود دارای طراحی جداگانه برای هر فاز هستند که هر فاز با یک مکانیسم مستقل موتور-فنر مجهز شده است. پیوند مکانیکی سه فاز از طریق پیوندهای الکتریکی از طریق جعبه کنترل انجام می‌شود. با این حال، پیوندهای الکتریکی به تأثیرات خارجی حساس هستند و معمولاً مشکلاتی مانند عملکرد غیرکامل فاز و همگام‌سازی ضعیف سه فاز را به همراه دارند. این مشکلات تأثیرات قابل توجهی بر پایداری شبکه برق دارند زیرا تنش‌های ناشی از تشدید در خطوط انتقال افزایش می‌یابد. برای حل این چالش‌ها و بهبود قابلیت اطمینان عملیاتی، یک ساختار پیوند مکانیکی سه فاز توسعه داده شده است که با یک مکانیسم واحد همگام‌سازی را تضمین می‌کند و در نتیجه همگام‌سازی سه فاز را بهبود می‌بخشد و از خطاهای از دست دادن فاز جلوگیری می‌کند.

طرح طراحی
مقایسه بین پیوندهای الکتریکی و مکانیکی

• پیوند الکتریکی سه فاز: از سه مکانیسم مستقل (مانند مکانیسم‌های موتور-فنر CT20 برای محصولات LW24-252) استفاده می‌کند و هماهنگی بین فاز‌ها از طریق اتصالات الکتریکی در جعبه کنترل انجام می‌شود. میل هر فاز مستقیماً به دیواره خاموش‌کننده آن فاز متصل می‌شود. سیستم‌های محافظ از رله‌های عدم انطباق موقعیت سه فاز برای تحریک قطع استفاده می‌کنند.

• پیوند مکانیکی سه فاز: از یک مکانیسم هیدرولیک-فنر واحد استفاده می‌کند و دیواره‌های خاموش‌کننده سه فاز از طریق میله‌های اتصال مکانیکی به هم متصل می‌شوند. برای مدار قطع کننده‌های ۲۵۲kV نوع رزروار با ترتیب افقی دیواره خاموش‌کننده (معمولاً در زیرстанسیون‌های خارجی وجود دارد)، مکانیسم عملیاتی و سیستم گیربکس در جلوی دیواره‌ها قرار دارند و نیاز به طراحی مجدد بهینه برای نصب مکانیسم، سیستم گیربکس و سازه‌های پشتیبانی وجود دارد.

تغییر مدار قطع کننده LW24-252

مدار قطع کننده اصلی LW24-252 با عملیات جداگانه سه فاز با سه مکانیسم CT20 مجهز شده است. برای دستیابی به پیوند مکانیکی:

• به‌روزرسانی مکانیسم عملیاتی: با یک مکانیسم هیدرولیک-فنر با قدرت بالا (مانند CYA5-5) جایگزین شده تا نیازهای انرژی عملیاتی افزایش یافته (انرژی تبدیل فاز واحد محاسبه شده نیازمند یک طراحی هیدرولیک قوی است).

• بهبود ساختار ختم: از ختم‌های مستقیم (با استفاده از حلقه‌های V PTFE فشرده با اصطکاک و هزینه بالا) به ختم‌های لبی دورانی تغییر یافته تا نیروی عملیاتی کاهش یابد و قابلیت اطمینان بهبود یابد.

• ثابت‌سازی سخت بین فاز‌ها: صفحات اتصال نصب شده‌اند تا فاصله بین فاز‌ها ثابت بماند و سختی گیربکس افزایش یابد.

• سیستم دو میله‌ای: از دو میله برای انتقال گشتاور و جلوگیری از تغییر شکل در زمان تبدیل استفاده شده تا حرکت همزمان تضمین شود.

• جعبه مکانیسم یکپارچه: طراحی مجدد برای دربرگرفتن مکانیسم هیدرولیک واحد، کنترل و رابط‌های مکانیکی را ساده می‌کند.

اصول کار و ساختار

مکانیسم هیدرولیک-فنر میل دیواره را در حرکت خطی می‌راند که از طریق یک بازوی گیربکس به حرکت دورانی تبدیل می‌شود. این حرکت از طریق میله‌ها به سه فاز منتقل می‌شود. سپس جعبه بازوی گیربکس حرکت دورانی را دوباره به حرکت خطی تبدیل می‌کند تا تماس‌های متحرک در دیواره‌های خاموش‌کننده را فعال کند.

• فرآیند بستن: میل دیواره به سمت راست حرکت می‌کند، بازوی گیربکس را می‌راند تا میل گیربکس به صورت ضد ساعتی چرخانده شود. این حرکت از طریق میله‌ها به سه فاز منتقل می‌شود و میله‌های داخلی را به سمت داخل می‌راند تا تماس‌ها کاملاً بسته شوند.

• فرآیند باز کردن: حرکات معکوس می‌شوند، میل دیواره به عقب کشیده می‌شود تا تماس‌ها از هم جدا شوند.

طراحی مقاومت اجزای گیربکس

برای حفظ ویژگی‌های مکانیکی اصلی تحت پیوند سه فاز، انرژی عملیاتی بالای مکانیسم هیدرولیک-فنر (مانند ۱۰۰۰۰J انرژی کل تبدیل) نیازمند بازوی گیربکس و میله‌های تقویت شده است. تحلیل المان محدود توزیع تنش در محدوده ماده را در عملیات با انرژی بالا تضمین می‌کند.

انتخاب و تست مکانیسم
ویژگی‌های مکانیسم هیدرولیک-فنر

• مزایا: طراحی فشرده، ادغام بالا، انرژی عملیاتی بزرگ (۲۵۴۰J برای بستن، ۱۰۰۰۵J برای قطع)، تأثیر دمایی کم و قابلیت اطمینان بالا.

• پارامترهای فنی:

• چرخه عملیاتی نامی: باز - ۰.۳s - بسته-باز - ۱۸۰s - بسته-باز

• فشار روغن نامی: ۴۸.۷MPa ±۳MPa

• زمان ذخیره‌سازی انرژی: ≤۶۰s در هر چرخه

• عمر مکانیکی: ۵۰۰۰ چرخه (سطح M2: ۱۰۰۰۰ چرخه)

تест و عملکرد

• تطابق انرژی: مکانیسم CYA5-5 (۱۰۰۰۰J انرژی کل) نیازهای مدار قطع کننده ۲۵۲kV (۶۵۰۰J برای قطع، ۳۵۰۰J برای بستن) را با حاشیه ایمنی تأمین می‌کند.

• همگام‌سازی: همگام‌سازی تبدیل سه فاز به ≤۳ms (در مقابل ۳ms برای LW24-252 معمولی) از طریق تنظیم جریان هیدرولیک در مدارهای الکترومغناطیسی دستیابی می‌شود.

• اقتصادی بودن: جایگزینی سه مکانیسم جداگانه با یک مکانیسم منجر به کاهش هزینه‌ها تا حدود ۱۵٪ (۸۵٪ از طرح‌های جداگانه فاز معمولی) و افزایش ارزش فروش به ۱.۵ برابر به دلیل قابلیت اطمینان بالاتر می‌شود.

تست‌های نوع

• استانداردها: مطابق با DL/T593، GB1984، IEC62271-100.

• تست‌های کلیدی:

• پایداری دینامیکی/حرارتی: ۵۰kA برای ۳s؛ ۱۲۵kA برای ۰.۳s

• تست‌های خطا در انتهایی (T100s): ۵۰kA

• عمر مکانیکی: ۵۰۰۰ چرخه با موفقیت انجام شد

• رتبه IP: جعبه مکانیسم تست‌های سطح محافظت را می‌گذراند.

نتیجه‌گیری

سیستم پیوند مکانیکی سه فاز توسعه یافته برای مدار قطع کننده‌های ۲۵۲kV نوع رزروار SF₆ مشکلات مهم قابلیت اطمینان در شبکه‌های برق با ولتاژ بالا را حل می‌کند. با حذف خطاهای همگام‌سازی فاز و کاهش تعداد قطعات، این نوآوری پایداری شبکه را افزایش می‌دهد و هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. با استانداردهای فنی رهبر جهانی و حقوق مالکیت فکری مستقل، این راه‌حل یک شکاف فنی داخلی را پر می‌کند و پشتیبانی تجهیزات قوی برای گسترش شبکه برق چین ارائه می‌دهد و فرصت‌های بازار گسترده‌ای، از جمله کاربردهای بالقوه در سیستم‌های تجهیزات ترکیبی، فراهم می‌کند.